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不锈钢含有铁,铬,锰,硅,碳,并且在许多情况下含有大量的镍和钼等化学成分。这些元素与来自水和空气的氧气反应形成非常薄的稳定的薄膜,其由诸如金属氧化物和氢氧化物的腐蚀产物组成。铬在与氧反应形成该腐蚀产物薄膜中起主导作用。 事实上,根据定义,所有不锈钢板含有至少10%的铬。
不锈钢由于其合金元素与环境之间的相互作用而保持不锈钢或不生锈。稳定的薄膜的存在通过充当阻挡氧气和水进入下面的金属表面的屏障而防止了额外的腐蚀。因为薄膜形成如此容易和紧密,即使只有少数原子层也将腐蚀速率降低到非常低的水平。如果没有现代仪器的帮助,薄膜比光的波长薄得多,这一事实很难看出。因此,虽然钢在原子水平上被腐蚀,但它看起来是不锈钢。
多年来(大约80年代)人们都知道,向钢铁中添加铬和镍(镍不是必需的但铬是必需的)会使钢不生锈(就是不锈钢)。钢中的铬形成一层非常薄的氧化物,可防止铁生锈。类似的机制适用于铝。当铝暴露在空气和水中时,形成薄的,不可见的氧化物涂层,防止进一步腐蚀。生锈是铁在水存在下被氧化成铁氧化物和氢氧化物的混合物的过程。
相反,普通便宜的钢与来自水的氧反应形成相对不稳定的氧化铁/氢氧化物膜,其随着时间的推移而继续生长并暴露于水和空气中。因此,这种薄膜,也称为生锈,达到足够的厚度,使其在暴露于水和空气后很快就能观察到。
总之,不锈钢不会生锈,因为它具有足够的活性以通过形成被动腐蚀产品层来保护自身免受进一步的侵蚀。(其他重要的金属,如钛和铝也依赖于钝化膜的耐腐蚀性。)由于其耐用性和美观性,不锈钢被用于各种领域,从餐具到银行金库到厨房水槽。
但是304不锈钢和316不锈钢是没有办法用肉眼区别开来的,其在某些方面上也是有些许差别的。304不锈钢的耐腐蚀性已经高,316不锈钢比之更优秀,316钢在304钢基础上增加了钼元素,在各种类型的水质(蒸馏水、饮用水、河水、锅炉水等)中,304不锈钢和316不锈钢的抗腐蚀性能几乎一样,但是当介质中氯离子的含量高时,316不锈钢就更适合。Mo元素可以显著提高其氧化物腐蚀的能力,以及抗铝氯化物腐蚀的能力,一些海边居家用物或者海船会用316不锈钢。
按金相组织对不锈钢的分类及各类不锈钢的一般特点按化学成分(主要是含铬量)及用途,不锈钢分为不锈与耐酸两大类。工业上还按自高温(900-1100度)加热空气冷却后钢的基体组织的类型对不锈钢进行分类,这是基于我们上面所讨论的碳及合金元素对不锈钢组织影响的特点决定的。工业上应用的不锈钢按金相组织可分为三大类:铁素体不锈钢,马氏体不锈钢,奥氏体不锈钢。可以把这三类不锈钢的特点归纳(如下表),但需要说明的是马氏体不锈钢并不是都不可焊接,只是受某些条件的限制,如焊前应预热焊后应作高温回火等,而使焊接工艺比较复杂。实际生产中一些马氏体不锈钢如1Cr13,2Cr13以及2Cr13与45钢焊接还是比较多的。
铁素体—马氏体钢可以部分地接受淬火强化,故可获得较高的机械性能。但它们的机械性能与工艺性能在很大程度上受组织中铁素体的含量及分布形态的影响。这类钢按成分中的含铬量分属12~14%与15~18%两个系列。前者具有抵抗大气及弱腐蚀性介质的能力,并且具有良好的减震性及较小的线膨胀系数;后者的耐腐蚀性能与相同含铬量的铁素体耐酸钢相当,但在一定程度上也保留着高铬铁素体钢的某些缺点。这类钢在正常淬火温度下处在y相区,但它们的y相仅在高温时稳定,M点一般在3OO℃左右,故冷却时转变为马氏体。这类钢包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分改型12%铬热强钢,如13Cr14NiWVBA,Cr11Ni2MoWVB钢等。马氏体不锈钢的机械性能、耐腐蚀性能、工艺性能与物理性能,均和含铬12~14%的铁素体-马氏体不锈钢相近。由于组织中没有游离的铁素体,机械性能比上述钢要高,但热处理时的过热敏感性较低。